Control electrónico de la temperatura del motor

El sistema más habitual de refrigerar el motor térmico (gasolina o diésel) es por agua, bueno en realidad es un líquido especifico de refrigeración con base de agua desmineralizada y aditivos específicos, entre estos anticongelante.

El calor proviene de las explosiones o combustiones en el interior del motor y ha de ser evacuado para que no funda los elementos metálicos y dañe a los de otros materiales. Sin embrago el calor es energía por lo que lo ideal es mantener el motor en un margen muy ajustado de temperatura para protegerle y lograr el mejor rendimiento termodinámico.

Sistema de refrigeración por líquido

Para entrar en materia propongo dar un repaso al sistema de refrigeración por líquido con la siguiente animación:

    • Motor; longitudinal delantero de 4 cilindros en línea
    • Cámara de refrigeración; rodea en el interior del motor las zonas calientes
    • Radiador; en su interior se enfría el líquido debido al aire que lo atraviesa
    • Bomba de agua y arrastre; ajusta el caudal del líquido circulando a las RPM proporcionales a las del motor. Es arrastrada en la imagen por la correa exterior de accesorios
    • Vaso de expansión con válvulas; para mantener la presión en el circuito de refrigeración y asumir la variación del volumen del líquido según la temperatura
    • Conexiones en el motor; entrada y salida del circuito en el motor

 

    • Termostato; válvula térmica para lograr un rápido calentamiento del motor. Está cerrada con el motor frío y se abre al llegar a la temperatura óptima del motor
    • Sensor de temperatura; mide la temperatura en la zona más caliente del circuito
    • Testigo de sobrecalentamiento; se ilumina al llegar a un valor crítico de temperatura del motor
    • Indicador de temperatura; mediante aguja o sistema similar informa de la temperatura en tiempo real del motor
    • Electroventilador; asegura suficiente caudal de aire por el radiador a baja velocidad o vehículo parado con el motor en marcha
    • Manguitos; tubos flexibles de goma que unen los diferentes elementos del sistema de refrigeración
    • Cableado eléctrico; desde el sensor de temperatura al testigo de sobrecalentamiento e indicador de temperatura y desde el termocontacto al electroventilador
    • Llenado del circuito; se llena el circuito de líquido de refrigeración, controlandose el nivel en el vaso de expansión, este nivel es variable según la temperatura
    • Funcionamiento; con el motor en marcha se ve el proceso de calentamiento y apertura del termostato

La imagen animada que sigue permite ver sobre un motor la bomba de agua arrastrada por aquel y el termostato, ambos de funcionamiento mecánico:

 

Con el motor en marcha y caliente el caudal de circulación es proporcional a las RPM de giro del motor. El indicador de temperatura va subiendo desde el arranque en frío hasta llegar a la zona óptima. En subidas largas con peso y calor ambiental es normal que aumente algo la temperatura. Se compensa al reducir de marcha para que gire más rápido la bomba de agua. En descensos sucede lo contrario y para que no baje la temperatura del motor, el termostato puede llegar a intervenir.

En la animación siguiente se ve en detalle la bomba de agua accionada por la correa exterior de accesorios y el termostato mecánico; es un muelle de cobre que al dilatarse abre el circuito ya al enfriarse lo cierra, con posiciones intermedias:

 

Particularidades sobre la refrigeración por líquido

Arranque en frío

Cuando se arranca el motor y hasta que llega a su temperatura la bomba de agua gira sin necesidad. Lo mismo sucede en bajadas largas. En ambos casos hay un consumo adicional de combustible.

El calor es energía

Antes se comentó que el calor es energía. Siguiendo este hecho se deduce que cuando el motor trabaja a bajas/medias RPM y con carga reducida (poco pisado el acelerador) el rendimiento de la combustión es bajo y genera menos calor. Si fuese posible en estas circunstancias aumentar temporalmente la temperatura del motor compensaría la falta de rendimiento, con mejor respuesta y menor consumo.

Uso en condiciones térmicas extremas

Cuando se exige al motor, o en subidas prolongadas y con plena carga y calor exterior, sería útil que la bomba de agua girase más rápido para ayudar a refrigerar el motor.

Control electrónico (variable) de la temperatura del motor

Estos razonamientos llevan a la siguiente imagen animada en la que se aprecia que la bomba de agua no es arrastrada por la correa exterior de accesorios. Su funcionamiento es eléctrico y controlada por el calculador del motor. La función termostato también es electrónica.

 

Con este sistema se da respuesta a las tres cuestiones antes expuestas:

    • Arranque en frío; la bomba eléctrica no gira con beneficios en respuesta del motor, consumo y contaminación. En descensos prolongados la bomba gira más lento o se para con los mismos beneficios
    • El calor es energía; el control eléctrico de la temperatura permite que en uso suave a bajas/medias RPM se autorice una temperatura más elevada, como se ve en la animación, así se compensa la combustión de menor rendimiento. Al subir de RPM o acelerar la bomba girará más rápido para lograr el mejor equilibrio contaminación – consumo – protección motor
    • Uso en condiciones extremas; en subidas con calor y carga, la bomba puede girar tan rápido como sea necesario para mantener el equilibrio antes comentado

Se observa que el indicador de temperatura oscila al variar la temperatura, lo que puede confundir al conductor. Se soluciona con un control electrónico del indicador que se mantiene en su posición intermedia, aunque la temperatura real del motor varíe. En caso de sobrecalentamiento se pasa a indicar la temperatura real como pre-aviso.

En la siguiente animación se ve en detalle la bomba eléctrica, situada al lado del motor independiente de la correa exterior de accesorios.

 

Se ve en el detalle de la imagen de abajo a la izquierda, y también sobre el motor, otra forma de reducir el arrastre de la bomba de agua, consiste en poder conectar y desconectar del sistema de arrastre mediante un sistema desplazable de accionamiento eléctrico.

Una función adicional del control electrónico de temperatura (bomba de agua eléctrica) es poder mantener el circuito de refrigeración funcionando temporalmente con el motor parado; “stop & start”, enfriado del turbo tras parar el motor, etc

Resumen; del control mecánico al control electrónico de temperatura

En la animación siguiente se repasan los elementos del sistema de refrigeración por líquido con control mecánico y su funcionamiento.

 

Después se van sustituyendo los elementos mecánicos por los electrónicos detallando la posibilidad del control térmico variable.

 

Vídeo del circuito de refrigeración (en inglés)

 

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2 comentarios

  1. muy buena explicacion, muy sencilla y efectiva, gracias por publicarla

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